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炭素焙烧炉沥青烟气污染是怎样治理的

01-21
2019

炭素焙烧炉沥青烟气污染是怎样治理的 


   目前,国内外采用的净化方法有电捕集法、氧化铝吸附净化法、焦粉吸附净化法及碱吸收湿法。焙烧炉烟气是炭素工业大气污染治理的重点,不同类型的焙烧炉烟气的数量、温度和成分差别很大,不同的污染源应根据烟气的特点选择适宜的污染防治措施是非常必要的。

    焙烧炉烟气特征分析

    焙烧过程中,由于沥青粘结剂的存在,焙烧在500℃以前排出大量沥青挥发物,同时沥青的分解与缩合反应而开始半焦化。挥发物最大排放量在350~450℃之间。随着焙烧温度的变化,一部分沥青碳化为导电的电极材料,一部分沥青挥发分在高温下烧除,其余进入焙烧炉烟气中,其中沥青烟产生量约占沥青用量的10%~15%

    环式焙烧炉有密闭式和敞开式两种炉型。密闭式焙烧炉中,沥青挥发分通过填料到达炉盖下部空间,然后被抽入烟道排出,由于密闭性好,空气量少,氧气含量低,不能燃烧,所以烟气温度低,沥青烟含量高,粉尘含量低。敞开式焙烧炉则不然,大量空气通过填充料层进入烟道,氧气充足可引起部分挥发分燃烧,轻质烃大多烧除,残留的主要是重馏分,所以烟气温度高,粉尘浓度高,焦油含量低,焦油成分中轻馏分少。


   

    

    烟气治理技术分析

    1静电捕集法

    目前国际上密闭式焙烧炉烟气治理以电捕法为主(约占85%),我国密闭炉烟气净化也基本采用此法,如吉林、上海、抚顺、南通、成都炭素厂及贵州铝厂阴极焙烧炉等。主要净化设备为电除尘器,3种结构形式:同心圆式电捕焦油器、普通卧式电捕焦油器和宽极距预荷电式电捕焦油器。同心圆式电捕焦油器采用单电场,净化效率不稳定,普通卧式电捕焦油器净化效率大于90%,比同心圆式电捕焦油略有提高,运行稳定性有所提高。宽极距预荷电式电捕焦油器极距加宽到400~500mm,在电捕焦油器前增加了全蒸发冷却塔,该塔是利用水的汽化潜热使烟气降温,通过控制水雾化质量、塔内流场等影响速率的因素,使液滴运动到塔壁和塔底之前全部蒸发,塔内壁无水滴,塔出口不带水,出口温度控制在85±5,烟气降温过程中,气态焦油凝结成液滴,并使焦油滴粒径增大,以利于电捕焦油器捕集,目前吉林、抚顺、贵州等铝厂已采用此方法,沥青烟净化效率可提高到98%,沥青烟出口浓度低于20mg /Nm³。

    万方铝业、抚顺铝厂、丹源铝厂等敞开式环式焙烧炉也采用电捕焦油器处理,烟气先经预除尘器去除大颗粒粉尘,后到全蒸发冷却塔降温,最后经卧式高压静电除尘器净化,沥青烟净化效率高于92%,沥青烟排放浓度低于30mg/Nm³,烟尘排放浓度低于20mg/Nm³,沥青烟、粉尘可稳定达标排放

电解铝厂配套的预焙阳极生产系统掺用电解铝生产的残阳极,返回残极中所含的氟化物量决定焙烧炉烟气中氟的初始浓度。残极所携带的氟化物主要集中阳极表层电解质中,实际生产过程中采用清理干净残极表面的电解质,大大减少焙烧炉烟气中氟含量。国内实测的焙烧炉氟浓度变化很大,范围在12.2~52.66mg/Nm3之间,其中气氟浓度小于2mg/Nm3。虽然电捕法对氟化氢无净化效果,但由于气氟浓度较低,不致影响达标排放。

2氧化铝吸附干法净化

    氧化铝吸附干法净化技术是我国80年代引进美国PEC公司和法国AIE公司治理敞开式焙烧炉烟气的技术,目前应用在青海、包头铝厂的敞开式焙烧炉。焙烧炉正常生产时排出温度约120~200℃的烟气,首先经地下烟道进入全蒸发冷却塔,在塔上部喷嘴喷入雾化的冷却水,使烟气温度降低到88℃±2,喷入水量由烟气温度自动控制,保证塔内水分全部蒸发,冷却后的烟气进入反应器,在反应器处加入氧化铝,氧化铝吸附烟气中的氟化氢和沥青烟后进布袋除尘器实现气固分离。青海铝厂焙烧炉烟气净化系统实测的沥青烟净化效率97%,粉尘去除率95%,氟净化效率85%,沥青烟、氟及粉尘排放浓 度分别为6.2mg/Nm³2.2mg/Nm³14.6mg/Nm³(1);包头铝厂焙烧炉烟气净化系统实测的沥青烟排放浓度为6.3mg/Nm³气氟0.2mg/Nm³,污染物排放均满足排放标准的要求。

干法净化流程简单,利用电解原料一氧化铝作吸附剂,回收的物料全部返回电解槽使用,做到化害为利,不存在二次污染问题,对沥青烟、氟化物、粉尘同样均可达到很高的净化效率。干法净化技术主要缺点是对SO²基本无效。另外,生阳极产生的沥青挥发分大部分在焙烧炉进行了燃烧,进入烟气中的沥青烟量很少,吸附有沥青烟和氟化物的载氟氧化铝返回电解槽利用,不会引起电流效率下降和电解铝质量下降的问题,这在美国PEC公司、法国AIE公司的工程实践中得以保证,在青海铝厂等预焙槽电解铝厂的长期实践中也得到了验证。

3碱吸收湿法

    焙烧炉烟气首先经重力沉降室去除粗粒粉尘,然后进入洗涤塔,用稀NaOH溶液喷淋洗涤,烟气中的HFSO²NaOH溶液吸收,一部分粉尘和沥青也被洗涤,从洗涤塔出来的烟气再经湿式电除尘器净化,沥青烟、氟、粉尘等污染物一般能符合排放标准的要求。

湿法净化运行较为稳定,并可同时除去部分氟SO²,但却将污染物由烟气转入废水,必须设废水处理系统,若废水处理系统管理不善,将带来废水二次污染问题,如贵州铝厂第二套8t电解铝工程验收中焙烧炉废水处理站对石油类净化效率仅为62%,采用的药剂CaF2及高分子絮凝剂对COD及酚无净化效果,废水处理站排水中COD平均浓度达487mg/L,酚浓度平均浓度达10.8mg/L,石油类平均浓度18mg/L,氟浓度为57mg/L。因此,湿法净化工艺较为复杂,设备较多,给操作管理和设备维护造成困难,反应中产生的CaSO4易使处理设备结垢,恶化处理效果。此外,在寒冷地区还需解决冬季结冰等问题。

    4焦粉吸附净化法

    该方法是采用生产原料焦粉作为吸附剂,吸附烟气中的沥青烟,然后经布袋除尘器实现气固分离,它吸附沥青焦油的净化效率高,用过的吸附剂可返回生产系统使用,但对铝电解厂回用残极的阳极焙烧炉产生的气氟的吸附能力差。

    结语

    (1)我国已掌握焙烧炉烟气治理技术,沥青烟污染已基本得到控制。主要治理方法有静电捕集法、氧化铝吸附净化法及碱吸收湿法。

    (2)密闭式焙烧炉应优先考虑采用静电捕集法,最佳的治理技术是烟气先经全蒸发冷却塔降温后,再进入电捕焦油器处理

(3)氧化铝吸附干法净化法是治理敞开式阳极焙烧炉排出的含焦油和氟等污染物烟气的最佳方法,可确保烟气稳定达标排放。

    (4)敞开式焙烧炉烟气可采用静电捕集净化技术。电解车间返回的残极应尽可能清理干净残极表面的电解质,降低焙烧炉烟气中的氟含量,确保达标排放。

    (5)沥青烟中含有液态焦油粒子和气态烃类挥发分两种状态,无论何种处理方式,均是液态比气态沥青净化效率高。气、液两相的比例随温度变化而互相转化。因此,温度的控制是保证净化设施正常运行的关键。适宜的温度为60~80℃。

    (6)冷凝的沥青烟容易粘附管道和设备,特别是含有粉尘条件下,可能影响净化设施正常运行。吸附法和电捕法系统应进行保温,运行或事故处理过程中,管道及设备的焦油结疤用蒸汽清理。不加吸附料时烟气不能直接通过布袋除尘器。

    (7)载焦油的氧化铝返回电解生产使用时,不宜集中投料,应与新鲜氧化铝、电解净化系统的载氟氧化铝混合后使用,这有利于降低电解槽使用氧化铝的含碳量,确保不影响电解生产。

 

 

     

     

 

     

     


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